KR101778965B1 - 회전식 공기예열기의 열소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전식 공기예열기의 열소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 화력발전소 및 산업용 보일러와 같은 대용량 보일러 등에 사용되는 회전식 공기예열기의 열전달 부품인 열소자에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 회전식 공기예열기의 열소자는 제1열소자시트와 제2열소자시트가 한 조를 이루고, 한 조를 이룬 다수가 유체의 흐름 방향으로 배치되어 고온부와 중온부 및 저온부로 이루어지는 유로를 형성하는 회전식 공기예열기의 열소자에 있어서;
상기 저온부에 해당하는 제1열소자시트의 하단부 길이와 제2열소자시트의 하단부 길이가 서로 다르고, 제1열소자시트와 제2열소자시트가 서로 다른 곡면을 갖는 형상으로 이루어지되 제2열소자시트의 일부 곡면과 제1열소자시트의 일부 곡면이 서로 맞물려 겹쳐지는 것을 특징으로 한다.

Description

회전식 공기예열기의 열소자 {Heat Transfer Element of Rotary Air Preheater}

본 발명은 회전식 공기예열기의 열소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 화력발전소 및 산업용 보일러와 같은 대용량 보일러 등에 사용되는 회전식 공기예열기의 열전달 부품인 열소자에 관한 것이다.

회전식 공기예열기는 화력발전소 및 산업용 보일러와 같은 대용량 보일러 등에서 배출되는 배기가스의 폐열을 회수하기 위한 장치이다.

이와 같은 회전식 공기예열기는 폐열을 함유한 배기가스가 배출될 때 유체의 흐름 방향으로 열소자가 적층되어 형성된 다수의 유로를 통하게 되고, 해당 과정을 통하여 열소자가 가열되며, 가열된 열소자는 유입되는 연소용 공기를 가열하게 되는 과정을 거치어 열교환을 이루게 된다.

이때 공기예열기 열소자의 형상은 공기예열기 성능에 영향을 미치고, 압력손실, 열교환 효율 등을 고려하여 구성되며, 동일한 간격과 일정한 형상으로 구성되어 고온부, 중온부, 저온부로 나뉜다.

통상 고온부와 중온부의 열소자 재질은 냉간압연강(SPCC), 저온부는 특수내식성합금강(CRLS)으로 제작된다.

상기 저온부에 특수내식성합금강을 사용하는 이유는 연료 중의 황성분이 연소되면서 물과 반응하여 이슬점 이하에서 황산이 되어 저온부의 급격한 부식(저온부식)을 초래하는데 이를 방지하기 위함이나, 현재 석탄화력발전소의 경우 발전원가를 낮추기 위하여 연료비가 저렴한 아역청탄(수분 함유량이 높으며, 저열량탄으로 석탄사용량이 증가함)의 혼소율을 높여 연소하고 있어 그에 따른 부식, 애쉬 커팅(Ash Cutting), 스케일 생성, 막힘 현상 등 다양한 문제점이 야기되고 있다.

이를 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 일반적인 회전식 공기예열기의 개략도이다.

회전을 위한 구동축(1)을 중심으로 하우징(2) 내 로터(3)의 각 바스켓(4)에 열소자(5)가 적층된다.

상기 로터(3)는 회전을 위한 둥근 모양으로 형성되며 다수의 바스켓(4)을 포함하는 각각의 섹터(6)를 가진 다수의 섹터(6)로 구성된다.

상기 바스켓(4) 내부에는 열소자(5)를 포함한다.

이와 같이 구성되는 회전식 공기예열기는, 가열 배기가스가 가스 입구덕트(7)를 통하여 유입되어 로터(3)를 통과하는 데, 이때 바스켓(4) 내부에 적층된 열소자(5)는 가열 배기가스로부터 열을 흡수하게 되며, 로터(3)를 통과하면서 열을 빼앗긴 배기가스는 가스 출구덕트(8)로 배출된다.

가열될 차가운 공기는 가열 배기가스의 흐름과 반대방향으로 입구덕트(9)로 유입되는데, 가열된 로터(3)를 통과하면서 열소자(5)로부터 열을 빼앗아 가열되고, 가열된 공기는 출구덕트(10)를 통하여 나가게 된다.

도 2는 일반적인 회전형 공기예열기의 로터를 부분적으로 절단한 사시도이다.

통상적으로 회전형 공기예열기의 로터(3)는 고온부(11), 중온부(12), 저온부(13)로 구분된다.

그런데 저온부(13)는 배기가스의 온도저하로 배기가스 내에 함유된 분진의 부착현상 및 황성분에 의한 저온 부식으로부터 열소자를 보호하기 위해 특수내식성합금강(CRLS)을 사용하나, 전술한 바와 같이 현재 석탄 화력발전소의 경우 발전원가를 낮추기 위하여 연료비가 저렴한 아역청탄의 혼소율을 높여 연소하고 있어 그에 따른 부식, 애쉬 커팅, 스케일 생성, 막힘 현상 등 다양한 문제점이 발생하고 있었다.

등록번호 제10-0757954호(공고일자 2007년09월11일)

본 발명은 공기예열기에 있어 설비의 안정성 및 효율 저하의 가장 큰 원인인 공기예열기의 저온부 막힘 현상을 완화, 개선하기 위해 안출된 것으로, 유로의 면적 감소에 따른 전열면 감소 및 효율 저하를 전산 유체역학을 이용한 시뮬레이션을 통하여 최적 유로 면적을 계산하고, 기존 열소자의 적층 방법을 개선해서 설비의 안정성 및 공기예열기 효율을 극대화하여 최적의 성능을 낼 수 있는 회전식 공기예열기의 열소자를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 회전식 공기예열기의 열소자는, 제1열소자시트와 제2열소자시트가 한 조를 이루고, 한 조를 이룬 다수가 유체의 흐름 방향으로 배치되어 고온부와 중온부 및 저온부로 이루어지는 유로를 형성하는 회전식 공기예열기의 열소자에 있어서;

상기 저온부에 해당하는 제1열소자시트의 하단부 길이와 제2열소자시트의 하단부 길이가 서로 다른 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 제1열소자시트와 제2열소자시트가 서로 다른 곡면을 갖는 형상으로 이루어지되, 제2열소자시트의 일부 곡면과 제1열소자시트의 일부 곡면이 서로 맞물려 겹쳐지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 회전식 공기예열기의 열소자는, 제1열소자시트와 제2열소자시트가 한 조를 이루고, 한 조를 이룬 다수가 유체의 흐름 방향으로 배치되어 고온부와 중온부 및 저온부로 이루어지는 유로를 형성하는 회전식 공기예열기의 열소자에 있어서;

상기 제1열소자시트와 제2열소자시트가 서로 다른 곡면을 갖는 형상으로 이루어지되, 제2열소자시트의 일부 곡면과 제1열소자시트의 일부 곡면이 서로 맞물려 겹쳐지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1열소자시트는 산과 골을 갖는 파형 곡면이 반복되는 형상을 하고, 제2열소자시트는 제1단과 제2단 그리고 제1단 곡면이 반복되는 형상을 하되, 상기 제2열소자시트의 제2단 곡면이 제1열소자시트의 파형 곡면과 같은 형상을 하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 제2단 곡면과 파형 곡면이 맞물려 겹쳐지는 지점 바로 아래에 제1단 곡면이 둔각으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상술한 과제의 해결수단에 의하면, 열효율이 감소하지 않는 범위 내에서 유로의 형상을 최대한 크게 구성하여 스케일에 의한 막힘 현상 등의 설비안정성을 개선할 수 있다.

또한, 기존 형상 및 개발 형상을 토대로 비교적 간단한 방법으로 열소자 끝단의 유로를 2배 이상 크게 확장할 수 있는 적층 방법을 통하여 설비의 장기적 운영시 효율을 상승시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 회전식 공기예열기의 개략도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 로터를 부분적으로 절취한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열소자의 저면 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열소자의 평면도이다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.

도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열소자의 저면 사시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 열소자(50)는 제1열소자시트(51)와 제2열소자시트(52)로 구분되어 한 조를 이룬 것으로, 한 조를 이룬 열소자(50) 다수가 유체의 흐름과 나란한 방향으로 배치되어 유로를 형성한다.

이때 제1열소자시트(51)와 제2열소자시트(52) 중 어느 하나의 하단부를 절단하여 제1열소자시트(51)와 제2열소자시트(52)의 하단부가 소정 길이(L)만큼 차이가 나게 한다.

이에 따라 저온부에 해당하는 열소자(50) 하단부의 유로가 넓게 확장되어 설비의 장기적 운영시 효율을 상승시킬 수 있다.

도 3에서는 제1열소자시트(51)가 편평한 민자 형상이고, 제2열소자시트(52)가 일정한 파형을 갖는 형상인 것을 일 예로 보여준다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열소자의 평면도이다.

전술한 바와 같이 열소자(50)는 제1열소자시트(51)와 제2열소자시트(52)로 구분되어 한 조를 이룬 것으로, 한 조를 이룬 열소자(50) 다수가 유체의 흐름과 나란한 방향으로 배치되어 유로(53)를 형성한다.

도 5에서는 제1열소자시트(51)와 제2열소자시트(52)가 서로 다른 곡면을 갖는 형상으로 이루어진 것을 보여준다.

즉, 제1열소자시트(51)는 같은 크기의 산과 골을 갖는 파형 곡면(R1)이 교대로 반복되는 형상을 하고, 제2열소자시트(52)는 다른 형상의 제1단 곡면(R3)과 제2단 곡면(R2) 그리고 상기 제1단 곡면(R3)이 교대로 반복되는 형상을 한다.

이때 제2열소자시트(52)는 제2단 곡면(R2)이 제1열소자시트(51)의 파형 곡면(R1)과 같은 형상을 하고, 제2단 곡면(R2) 양측으로 제1단 곡면(R3)이 둔각으로 형성되되, 상하가 반전되어 연결되는 형상을 한다.

이와 같은 제1열소자시트(51)와 제2열소자시트(52)의 형상에 따라 제2열소자시트(52)의 제2단 곡면(R2)과 제1열소자시트(51)의 파형 곡면(R1)이 맞물려 겹쳐지는 것으로, 예를 들어 제2열소자시트(52b)의 제2단 산 곡면(R2)과 인접된 제1열소자시트(51c)의 파형 곡면(R1)이 동일한 형상으로 맞물려 겹쳐지고, 제2열소자시트(52b)의 제2단 골 곡면(R2)과 제1열소자시트(51b)의 파형 곡면(R1)이 동일한 형상으로 맞물려 겹쳐진다.

이때 제2단 곡면(R2)과 제1열소자시트(51)의 파형 곡면(R1)이 맞물려 겹쳐지는 지점 바로 아래에, 제2열소자시트(52)의 제1단 곡면(R3)이 둔각으로 서로 대칭되게 형성되어 유로(52)의 크기를 크게 넓힐 수 있다.

이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

1; 구동축 2; 하우징
3; 로터 4; 바스켓
5,50; 열소자 6; 섹터
13; 저온부 51,52; 열소자시트
53; 유로 R1,R2,R3; 곡면

Claims (5)

1. 제1열소자시트와 제2열소자시트가 한 조를 이루고, 한 조를 이룬 다수가 유체의 흐름 방향으로 배치되어 고온부와 중온부 및 저온부로 이루어지는 유로를 형성하는 회전식 공기예열기의 열소자에 있어서;
   상기 저온부에 해당하는 제1열소자시트의 하단부 길이와 제2열소자시트의 하단부 길이가 서로 달라 열소자 하단부의 유로가 확장되고,
   상기 제1열소자시트와 제2열소자시트가 서로 다른 곡면을 갖는 형상으로 이루어지되, 제1열소자시트는 같은 크기의 산과 골을 갖는 파형 곡면이 반복되는 형상을 하고 제2열소자시트는 다른 형상의 제1단 곡면과 제2단 곡면 그리고 상기 제1단 곡면이 반복되는 형상을 하며 상기 제2열소자시트의 제2단 곡면이 제1열소자시트의 파형 곡면과 같은 형상으로 서로 맞물려 겹쳐지고, 상기 서로 맞물려 겹쳐지는 지점 바로 아래에 제1단 곡면이 둔각으로 형성되어 유로의 크기를 넓힐 수 있는 것을 특징으로 하는 회전식 공기예열기의 열소자.
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